[发明专利]数据缓存管理方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及数据通信方法，尤其涉及数据缓存管理方法及装置。

背景技术

流量管理(Traffic Management，以下简称TM)是数据通信系统的核心部分，通过对获取的数据包进行缓存及统计，并在统计的基础上完成输出流量的控制，将所缓存的数据包发送至网络边缘的各个端口和通道。例如一个16Gbps(每秒16Gbit的流量)的数据流，可能包含数十万个通道，这些通道包含：E1、CE1、千兆以太网、百兆以太网等等，因此在TM中就需要有数十万个存储区来保存这数十万个通道的数据，并对他们进行统计，从而控制各通道的数据的输出，实现流量管理，其目的是为了在传输网络发生拥堵的情况下，保障端到端的服务质量(End-to-End Quality ofService，简称端到端QoS)。也就是说保证优先级高的通信链路保持传输畅通，而优先级低的通信链路保证尽力而为传输。

TM通常分为两种：集中式TM和分布式TM。

图1为集中式TM的系统结构示意图。如图1所示，集中式TM是指系统内所有需要传输的数据都经过TM。如图1所示，在该分布式交换系统中应用集中式TM时，所有的数据包处理器(Packet Processor，简称PP)接收到数据包后通过交换结构(Fabric)，转发给TM模块；TM模块将所有数据包都保存在基于片外存储设备的缓存(Buffer)中；TM模块根据优先级约定和对缓存中的数据统计，有计划的将数据分发给各个数据包处理器，从而发送出去。

可见，在集中式TM的系统中，TM处于Fabric的核心部分。所有数据包都经过Fabric传输到TM。如果该系统较为复杂，则基于片外存储设备的缓存需要保存数十万个不同种类的数据包，这些数据包形成数十万个数据队列。

在较为复杂的通信环境中，通常应用分布式TM。图2为分布式TM的系统结构示意图。如图2所示，在分布式TM的系统中，对所有数据包的处理不是由单个TM来完成的，而是由多个TM进行分档。在该分布式TM的系统中，TM分为输入TM(Ingress TM，以下简称ITM)和输出TM(Egress TM，以下简称ETM)两部分。在输入路径上，PP将数据转发给ITM；ITM将所有数据包都保存在基于片外存储设备的缓存(Buffer)中；ITM根据ETM的许可信息，将数据包通过Fabric发送给ETM。在输出路径上，ETM通过发给多个ITM许可信息，来控制各个ITM向该ETM发送的数据包量，从而对输出到PP的数据包进行流量管理。

可见，在分布式TM的系统中，多个TM处于各PP和Fabric之间。在分布式TM的系统中，TM接收本地PP的数据包，并转发给Fabric，同时接收从远程PP经由Fabric转发过来的数据包。

由以上分析可以看出，通过数据缓存，实现数据包在极为大量的数据队列中的及时输入和输出，是保障缓存管理效果的关键。

现有技术中解决这一数据缓存问题主要有以下两种方式：

一种是固定深度缓存，即为每个数据通道分配固定深度的缓存单元。应用该方法，极为浪费存储资源，当要缓存的数据通道量越大时，这种方法的缺陷越发严重；

另一种是深度可预设缓存，即预先对缓存深度进行配置。对该方法说明如下：

在这个方案中缓存空间被均分为一个个存储单元(简称Cell，例子中是1024个，每个Cell的大小是16字节)，每个Cell都有一个指针，指向该Cell的首地址。通过Cell指针来组织和管理这些Cell。

图3为深度可预设缓存的缓存结构示意图。如图3所示，该缓存结构包括三个列表：通道指针列表、缓存空间列表和链表指针列表。

通道指针列表记录各个通道的缓存的首个Cell的Cell指针。例如，图3中，通道指针列表中，通道1所对应的位置保存着Cell2指针，则表明Cell2是通道1的先入先出(First In First Out，以下简称FIFO)缓存的首个Cell。如果要从通道1中输出数据，则读取Cell2中的数据输出即可。

缓存空间列表记录所有的Cell被哪个通道的缓存所占用。例如，图3中，缓存空间列表的Cell2、3、4和5所对应的位置标记为通道1，则说明通道1的FIFO缓存占用Cell2、3、4和5。